《金属材料前沿研究成果精选【第2期】|过渡金属》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2018-05-09
  • 1、Acta Mater.: CrCoNi中等熵合金的动态剪切变形研究

    高熵合金和中等熵合金是一种具有简单晶体结构的固溶体,并且多元素的随机分布可以减少用于形成堆垛层错的能量损失,从而导致低堆垛层错能。面心立方FeCrMnCoNi 高熵合金和fcc CrCoNi中等熵合金的力学性能在低温下比室温下更好,同时由于形变机制从位错滑移到形变孪晶的转变,强度,延展性和断裂韧性同时增强。近日,中国科学院力学研究所的W. A. Curtin(通讯作者)等人通过用各种不均匀的微观结构来制造单相CrCoNi中等熵合金(MEA),将其冷轧后在各种温度下退火,并在霍普金森杆实验中,用帽形样本表征MEA的高应变率响应。研究结果表明,样品的高动态剪切屈服强度和均匀动态剪切应变的组合,超过了目前报道的所有其他金属和合金。

    文献链接: Dynamic shear deformation of a CrCoNi medium-entropy alloy with heterogeneous grain structuress (Acta Mater., 2018, DOI: 10.1016/j.actamat.2018.02.016)

    2、Acta Mater.: 梯度结构镍基合金的力学行为

    细晶粒材料通常具有较高的机械强度,通过严格塑性变形(SPD)细化晶粒的方法已经被广泛研究。然而,由SPD技术制造的这些超细晶粒(UFG)和纳米晶(NC)材料通常具有有限的拉伸延展性,阻碍其在生产生活中的应用,而塑性的缺乏可归因于纳米晶粒中不存在应变硬化能力。近日,美国普渡大学的X. Zhang (通讯作者)等人报通过表面机械研磨处理来加工基于NiCrMo的C-22HS合金,以实现由表面纳米层,变形孪晶层和严重变形层组成的梯度结构。此外,作者还通过扫描电子显微镜观察经原位微柱压缩测试的试样,从而揭示各层的不同力学行为。 这项研究表明,晶粒间回应力的增加可能导致了梯度结构材料的高应变硬化行为。

    文献链接:Mechanical behavior of structurally gradient nickel alloy (Acta Mater., 2018, DOI: 10.1016/j.actamat.2018.02.021)

    3、Acta Mater.: 镍基高温合金凝固过程中微观组织和织构组织的变形机理

    IN713C是国际镍公司在20世纪50年代开发的γ'沉淀硬化铸造镍基高温合金,由于其良好的铸造性,合适的机械性能和高温下的微观结构稳定性,该合金现在仍然大量使用。然而,由于微观结构的不均匀性,可能会引起应变分布不均匀性和局部变形,并且最终影响合金在服役期间的延伸的性能和力学性能。近日,英国斯旺西大学的S. Birosca (通讯作者)等人通过熔模铸造法制备镍基高温合金IN713C,在600℃下进行了低周疲劳(LCF)和高周疲劳(HCF)实验,模拟了涡轮增压器中涡轮机轮的实际疲劳状况。研究结果表明,微观结构不均匀性如碳化物和析出物在树枝状结构网络中的分布决定了LCF测试过程中的断裂微观机制。

    文献链接: The effects of microstructure and microtexture generated during solidification on deformation micromechanism in IN713C nickel-based superalloy (Acta Mater., 2018, DOI: 10.1016/j.actamat.2018.01.062)

    4、Acta Mater.:铁电体中缺陷介导涡旋的增殖和湮没

    由于介电,压电,热电和铁电性等多种功能性以及纳米级畴结构的形成,铁电材料正受到越来越多的关注。它有希望利用这些特性来制造先进的功能电子,光电子和机电一体化设备。特别是控制铁电涡旋手性的可能性为开发新型纳米级存储器和逻辑器件开辟了新途径。然而,由于偶极环向磁矩与E的卷曲共轭不是均匀电场,因此对铁电涡旋的手性的实际控制相当具有挑战性。中山大学的王彪教授(通讯作者)等人运用相场模拟,证明通过缺陷工程可以在铁电纳米片中实现旋涡手性的机械开关。作者系统地揭示了温度,纳米片形状,空隙大小以及空位对缺陷介导涡旋转换行为的影响。这项研究证明了通过机械负载进行涡流切换的可行性,并为控制和开发基于铁酸漩涡的机电装置提供了一条新途径。

    文献链接:Defect-mediated vortex multiplication and annihilation in ferroelectrics and the feasibility of vortex switching by stress (Acta Mater., 2018, DOI: 10.1016/j.actamat.2018.01.018)

    5、Phys. Rev. Lett.:在地核热力学条件下制备Xe-Fe金属间化合物

    金属间化合物是过渡族金属元素之间形成一系列金属间化合物,即是指金属与金属、金属与准金属形成的化合物。金属间化合物由于具有优于高温合金的耐热性、高的比强度、高的比寿命、高的导热性和高的抗氧化性,以及具有优于陶瓷材料的韧性和良好的热加工性而受到广泛关注,尤其受到航空部门的青睐。近日,美国劳伦斯·利弗摩尔国家实验室的Elissaios Stavrou (通讯作者)等人通过原位同步辐射X射线衍射和拉曼光谱辅助于第一原理计算,证实了Xe-Fe金属间化合物可以在地球核心的热力学条件下被合成。结果表明,在极端条件下,通过记录在环境压力下的正电性元素可以获得电子并形成阴离子,元素的化学性质也发生变化。

    文献链接:Synthesis of Xenon and Iron-Nickel Intermetallic Compounds at Earth’s Core Thermodynamic Conditions (Phys. Rev. Lett. , 2018, DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.096001)

    6、Phys. Rev. Lett.:可逆相变在准同型相界强压电性能中的作用

    现代功能材料如压电,铁磁体,铁电体和铁合金,经常在相界处对外界刺激显示出非凡的响应,在这样的材料中,外部刺激驱动的可逆相变被认为与它们的非凡特性直接相关。例如,优异的形状恢复特性,巨大的磁致伸缩和巨大的磁热效应伴随着磁场或温度场驱动的相变。北京科技大学陈骏教授(通讯作者)等人通过实验揭示了现场驱动可逆相变在实现增强机电性能中的重要作用,使用原位高能同步加速器X射线衍射结合2D几何散射技术,建立了与压电相关的微观结构演化模型。此外,相场建模揭示了极化对准和压电响应可以通过电场驱动的相变显著增强。本项提出的机制将有助于设计和优化新的压电材料,铁磁体或其他相关的功能材料。

    文献链接:Role of Reversible Phase Transformation for Strong Piezoelectric Performance at the Morphotropic Phase Boundary (Phys. Rev. Lett.,2018,DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.055501)

    7、Phys. Rev. Lett.:单层半导体中激子里德伯态的磁光光学

    原子级薄层过渡金属二硫族化合物(TMD)半导体如单层MoS2和WSe2的兴起,很大程度上源自其直接光学带隙和非常强的光物质耦合。在掺杂或高度激发的单分子层中,由于带电激子或多重态可以在光谱中发展出明显的共振。近日,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的A. V. Stier(通讯作者)等人告了原子级单层半导体WSe2中激子里德堡态的65 T磁吸收光谱。激发态中性激子的强场依赖性和明显的能量变化使得它们明确的识别并可以和主要理论模型进行定量比较。

    文献链接:Magnetooptics of Exciton Rydberg States in a Monolayer Semiconductor (Phys. Rev. Lett. , 2018, DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.096001)

    8、Phys. Rev. Lett.:缺口型手性费米子体系中激子的光学选择规律能

    人们对半导体光吸收的理解依赖于两个基本的近似值。第一种是有效质量近似,其中电子和空穴被认为是分别随着传导和价带的有效质量移动的两个粒子;第二个近似值是电偶极子近似。在这种近似中,带间光学跃迁通常根据组成布洛赫函数的原子轨道之间的跃迁来理解。总之,这两个近似产生了激子的光学选择规则。近日,美国卡耐基梅隆大学的Xiaoou Zhang(通讯作者)等人提出了两种能够承载类似S的激子的手性费米子体系来证明他们的理论:具有C4旋转对称性的拓扑结构绝缘体的缺口表面状态和偏置的3R堆叠MoS2双层。在后者情况下,我们表明可以通过改变匝数通过使用门控来调节从明亮到黑暗的s样激子。因此,我们的理论为二维材料中光学过渡的电控制提供了一条新途径。

    文献链接:Optical Selection Rule of Excitons in Gapped Chiral Fermion Systems (Phys. Rev. Lett. , 2018, DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.077401)

    9、Phys. Rev. Lett.:YBa2Cu3O7−δ的电荷顺序和超导电性

    铜酸盐高居里温度(Tc)超导体具有丰富的相图,并且欠掺杂区域特别复杂,具有几个不同的相。阐明这些相的微观起源及其与超导性的关系仍然是非常重要的。对于空穴掺杂np <0.18且低于特征温度T 的情况,出现一个新相,其特征在于接近费米能级的状态密度降低。最近,英国布里斯托大学的Carsten Putzke(通讯作者)等人通过测量高磁场和高静水压下霍尔系数RH(T)的温度依赖性来研究未掺杂的YBa2Cu3O7-δ中电荷顺序与超导电性之间的相互作用。研究结构表明,压力为2.6GPa时将Tc提高了10K,但对RH(T)的影响很小。

    文献链接:Charge Order and Superconductivity in Underdoped YBa2Cu3O7−δ under Pressure (Phys. Rev. Lett.,2018,DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.117002)

    10、Phys. Rev. Lett.:镤、锕系和过渡金属化学研究

    由于它们的5f电子,早期锕系元素表现出化学行为,这种化学行为在基于扩散和定向d轨道的过渡金属化学以及4f镧系元素中的大部分局部化和静电键合相互作用中处于中间。Pa被认为是一种研究早期锕系元素在5f和6d轨道参与其化学过程中的周期性元素,能够影响它们的结构和结合。近日,美国阿贡国家实验室的Richard E. Wilson和法国里尔第一大学的Valérie Vallet(共同通讯作者)等人报道了Pa-peroxozu簇用于合成锕系金属酸盐。在密度泛函理论水平上的量子化学计算表明,在Pa的化学过程中,有着5f和6d的轨道参与,并且较重的锕系元素会增加5f轨道参与程度。轨道特征的周期性变化与早期锕系元素中键的关系突出了5f轨道在其反应性和化学结构上的影响。

    文献链接:Protactinium and the intersection of actinide and transition metal chemistry (Phys. Rev. Lett.,2018,DOI: 10.1038/s41467-018-02972-z)

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Mater. 综述:定向凝固过程中经孕育处理的铝合金等轴晶粒的非均匀成核 通过孕育处理的晶粒细化是降低热撕裂敏感性并改善铝铸件结构均匀性和力学性能的重要技术。近几十年来,接种的细化机理以及不同因素对晶粒细化性能的影响得到了广泛的研究。近日,挪威科技大学Yan jun Li(通讯作者)等人通过原位X射线照相固化研究,实现了对定向凝固过程中非均匀成核和晶粒长大的分离温度梯度效应和冷却速率效应的定量研究。提出一种物理模型来定量说明温度梯度对生长晶粒周围熔体中晶粒异质形核的影响。此外,还预测本实验模型对于其他晶粒生长及环境应用。 致歉:很抱歉,未能找到通讯作者 Yan jun Li 的确切中文名字,小编表示诚挚的歉意! 文献链接:Revealing the heterogeneous nucleation behavior of equiaxed grains of inoculated Al alloys during directional solidification(Adv.Mater.,2018,DOI: 10.1016/j.actamat.2018.02.058) 3、Adv. Mater.综述:镁溶质运输扩散理论 镁及其合金具有比铁基或铝基合金更低的密度,能够成为汽车和航空航天工业中轻量化的重要候选材料,从而提高燃料效率。溶质的添加是采用集成计算材料工程ICME方法开发先进镁合金的主要策略。在镁合金中观察到拉伸载荷时的锯齿状流动,是由于通过溶质扩散形成的位错周围存在溶质云。因此,镁的溶质扩散运输对于设计新的镁合金以及了解制造和加工过程中的材料行为至关重要。近日,伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 Dallas R.Trinkle(通讯作者)等人通过开发一种格林函数从初始计算模型空缺介导运输的61个溶质在六角密排堆积镁,确定了Mg晶格中所有对称唯一的空位跳跃,并使用格林函数法精确计算了稀溶质浓度极限下的Onsager系数,同时使用DFT计算的热力学数据。通过预测和对比实验测量结果,分析镁溶质的扩散运输等机理。 文献链接:Ab initio magnesium-solute transport database using exact diffusion theory(Adv.Mater.,2018,DOI: 10.1016/j.actamat.2018.03.025) 4、Adv. Mater.综述:Fe-Si-C合金中铁素体转变过程中的碳富集 由于工业和理论上的重要性,钢中的奥氏体(γ)向铁素体(α)转变一直是研究最广泛的转变之一。在合金钢中,置换元素(例如硅(Si),锰(Mn),表示为X)和间隙元素(如碳(C))的扩散率通常相差几个数量级。在Ae3温度下相对较大的过冷度下,发生非分区α生长,非分区α生长所需的时间通常与工业上使用的热处理时间尺度相当,因此非分区α变化对工业特别重要。近日,清华大学H.-D. Wu(通讯作者)发表最新研究,研究了Fe-0.4%C-(1.5,3)%Si合金在800?700℃等温铁素体相变过程中的微观组织演变,转变动力学,特别是C富集。提出两种模型,可忽略的分配局部平衡(NPLE)模型和平衡(PE)模型来描述非分区α生长过程中的α/γ界面条件。 致歉:很抱歉,未能找到通讯作者 H.-D. Wu 的确切中文名字,小编表示诚挚的歉意! 文献链接:Carbon enrichment during ferrite transformation in Fe-Si-C alloys(Adv. Mater. 2018, DOI: 10.1016/j.actamat.2018.02.040) 5、Acta Mater.综述:用新型晶体塑性有限元模型分析镁合金中的离散孪晶演化 镁(Mg)合金具有较差的可成形性和延性,与异向机械性能(例如各向异性和低温拉伸-压缩不对称性)相关。复杂的塑性行为是由剧烈的微观本质引起的,这也是造成多晶微观结构发生明显变形孪生的原因。近日,来自约翰霍普金斯大学的Somnath Ghosh教授(通讯作者)等人通过基于图像的晶体塑性有限元模型,并通过显式孪生演化,研究了AZ31镁合金多晶组织的变形和孪生机制。同时基于图像的模拟针对统计,等效的代表性体积元素进行,揭示了模型捕获的各种变形机制。此外,文章也探索了使用三晶和多晶模型探究局部现象和变形机制。 文献链接:Discrete twin evolution in Mg alloys using a novel crystal plasticity finite element model(Acta Mater.,2018,DOI: 10.1016/j.actamat.2018.02.032) 6、Adv.Mater.综述:多相体心立方高熵合金的尺寸依赖塑性和损伤响应 高熵合金(HEAs)已经成为一类新的多组分金属合金,为探索大量成分空间提供了机会,以实现具有多种独特和不寻常特性的组成复杂的材料。近日,格罗宁根大学Indranil Basu(通讯作者)等人使用相关的纳米力学测试,高分辨率显微镜和相分析,研究尺寸依赖性塑性响应。使用包括面心立方(FCC)和体心立方(BCC)结构相的热锻多相Al0.7CoCrFeNi HEA。观察到的塑性行为与由旋节调制微结构和有序硬化效应组合产生的位错硬化机制相关。揭示了从BCC到FCC的结构转变。根据固有组成梯度和相关的缺陷-界面间相互作用来讨论应力引起的微结构演变。 文献链接:Size dependent plasticity and damage response in multiphase body centered cubic high entropy alloys(Adv.Mater.,2018,DOI: 10.1016/j.actamat.2018.03.015) 7、Nat. Commun.综述:纳米晶合金氧化和分解过程的原位原子尺度观察 纳米结构和合金化是获得增强块状金属性能的主要措施。氧气污染是金属粉末暴露在空气中严重塑性变形时不可避免地发生的问题。这种污染会改变固结材料的形态和性能,其主要原因是缺乏关于纳米晶合金中氧的行为的详细研究。近日,韩国材料科学研究所Jungho Ryu(共同通讯作者)等人通过使用像差校正高分辨率透射电子显微镜和相关技术来研究高应变Cu-Fe合金原位加热过程中的氧气行为。为单相Cu-Fe复合材料中氧化物形成提供了直接观察结果,并为设计由氧化物分散体强化的纳米晶材料提供了有效途径。 文献链接:In situ atomic-scale observation of oxidation and decomposition processes in nanocrystalline alloys(Nat. Commun.,2018,DOI: 10.1038/s41467-018-03288-8) 8、Phys. Rev. Lett.综述:bcc Fe中单位位错-缺陷相互作用驱动的应变率敏感性异常 先进反应堆的设计寿命长,同时在极端温度和辐射条件下运行。中子照射铁素体合金通常包括超饱和缺陷,如自身间隙原子和空位簇。这些缺陷簇与位错之间的相互作用对于理解和预测材料的机械降解如膨胀、蠕变和脆化是至关重要的。近日,美国密歇根大学Yue Fan(通讯作者)等人通过采用基于能量基础的原子建模算法实现验证了bcc Fe中边缘位错与无序空位簇之间的相互作用,该位错在108至103 s-1的广泛应变率范围内进行了研究。研究集中在一个bcc Fe系统中CRSS的非单调变化,但其基本原理-即热激活和机械负载之间的复杂相互作用-是适用于许多不同的材料。位错的显微组织演变在不同时间尺度上可能有不同的定性差异。各种机制之间的转换被认为是应变率和热激活的潜在转换。 文献链接:Abnormal Strain Rate Sensitivity Driven by a Unit Dislocation-Obstacle Interaction in bcc Fe(Phys. Rev. Lett.,2018,DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.125504) 9、Nano Lett.综述: 自修复液状氧化铝在室温下变形 氧化铝和二氧化硅是用于钝化的特殊氧化物,因为它们在空气中以几纳米厚度的玻璃态存在,及有助于阻止氧化的发生。这些表面玻璃在氧化环境中的机械行为及其初始形成对于理解不仅应力腐蚀开裂,而且有助于薄膜生长和纳米玻璃动力学的研究。近来,中佛罗里达大学Akihiro Kushima等人(通讯作者)等人在O2气体环境下,通过使用原位透射电子显微镜(TEM)对纯铝纳米纤维拉伸进行研究。研究发现,氧化铝像液体一样变形,并且可以匹配Al的变形,在适度的应变率下没有任何裂缝/裂纹,并以原子分辨率观察氧化铝的自愈过程。在铝上发现氧化铝薄膜的无缝生长有益于探索更好地控制气相沉积薄膜和纳米玻璃中的界面。同时,原位技术将ETEM与纳米级培养基固定器结合起来,被证明是研究SCC和金属初始氧化的有力工具,可以在原子分辨率下观察化学和/或机械诱导的相变。 文献链接:Liquid-Like, Self-Healing Aluminum Oxide during Deformation at Room Temperature(Nano Lett.,2018,DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b00068) 10、Nano Lett.综述:等离子体辅助的金属纳米线上单个量子发射体的选择性和超分辨激发研究 由多个量子发射体与等离子体波耦合组成的混合系统对于未来的集成量子纳米光电路领域是最有前景的构建模块。在衍射极限区域中超级分解和选择性激发连续量子发射体的技术,对于研究等离子体介导的量子发射以及操纵等离子体激元电路中的单等离激元产生和传播具有重要意义。近日,中国科学院物理所魏红教授(通讯作者)等人通过调整纳米线上表面等离子体激元的干涉场,可控地激发与银纳米线结合的多个量子点。同时还通过一种新的超分辨率成像方法,将纳米线上的可调谐表面等离子体干涉图案与结构化照明显微镜技术相结合。为多量子发射体和等离子体波导的耦合系统提供了一种新颖的高分辨率光激发和成像方法,有利于与等离子体纳米波导和纳米电路结合的多量子发射体的研究。此外,作者还总结了这类实验条件下的应用前景和挑战。 文献链接:Plasmon-Assisted Selective and Super-Resolving Excitation of Individual Quantum Emitters on a Metal Nanowire(Nano Lett.,2018,DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b05448)
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    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-04-03
    • 1、Nat. Nanotechnol.:二维MoS2作为Li-S电池锂金属负极保护层 Li-S电池由于其极高的能量密度(~2600Whkg-1)成为有望取代锂离子电池新一代能源装置,但是Li-S电池采用锂金属负极,锂活性太高,反应不稳定,表面容易生成枝晶和不受控制的SEI膜,因此大大降低了电极的库伦效率与循环稳定性。近日,美国北德克萨斯大学Wonbong Choi教授(通讯作者)等人将~10nm的二维 MoS2包覆在锂金属负极外并进行锂化。层状MoS2纳米结构以及其在锂化过程中的相变反应减少了负极材料的界面电阻,实现了包覆层紧密接触和较高的Li+传输效率。同时,MoS2消除了锂枝晶的成核位点,减少了枝晶的形成。因此,这种Li-MoS2作为负极材料构建的全电池测试中,获得了~589 Whkg-1的比能量密度和1200次循环后,在0.5C下~98%的库仑效率。 文献链接:2D MoS2 as an efficient protective layer for lithium metal anodes in high-performance Li–S batteries (Nat. Nanotechnol., 2018, DOI: 10.1038/s41565-018-0061-y) 2、J. Mater. Chem. A:三明治结构MoS2/S/rGO纳米复合结构作为Li-S电池正极 Li-S电池体系在充放电过程中经历了多步电化学转换过程,其中硫正极会形成长链多硫化锂(Li2Sn,4≤n≤8)中间体。这种具有穿梭效应的中间体和不导电的硫及其放电产物严重限制了Li-S电池的硫利用率和循环寿命,同时,硫向Li2S的转化将引入~80%的体积膨胀,导致电极结构很快失效。因此,华东理工大学的龙东辉教授和凌立成教授(共同通讯作者)等人开发了一种新型MoS2/S/rGO纳米复合结构作为Li-S电池正极。三者具有协同耦合效应,形成具有强大界面相互作用的稳定混合结构,可在循环过程中固定多硫化锂中间体。MoS2作为电催化剂还可加速硫氧化还原反应,因此这种三明治结构具有优异的倍率性能和循环稳定性。这项工作整合了Li-S电池的正极缺陷,化学吸附和电催化概念,为建立多层正极结构提供了新思路。 文献链接:Sulfur film sandwiched between few-layered MoS2 electrocatalysts and conductive reduced graphene oxide as a robust cathode for advanced lithium–sulfur batteries (J. Mater. Chem. A, 2018, DOI: 10.1039/C8TA00222C) 3、Nano Lett.:原位XAS探究MoS2作为锂电池电极材料的反应机理 MoS2由于其类石墨的层状结构作为锂离子的负极材料有大量的研究,但是,MoS2在锂电反应过程中的行为特征并没有详细完整的研究,关于MoS2的锂电反应机理也有较大的争议。因此,近日,美国劳伦斯伯克利国家实验室的Elton J. Cairns和Jinghua Guo(共同通讯作者)等人结合实验和模拟计算完整地揭示了MoS2电极材料的锂电反应机理。锂离子嵌入-嵌出MoS2层状结构是可逆的,使MoS2从2H相转变为1T相,并且伴有少量的锂残余。而之后的转化反应是不可逆的,Li2S在第一次充电时转变为S,无法恢复为MoS2。后续的反应更像Li-S电池的反应特征。该研究完善了MoS2电极的电化学反应机理,有助于MoS2或是其他硫化物在锂离子电池上的设计与应用。 文献链接:Electrochemical Reaction Mechanism of the MoS2 Electrode in a Lithium-Ion Cell Revealed by in Situ and Operando X-ray Absorption Spectroscopy (Nano Lett., 2018, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b05246) 4、ACS Nano:少层MoS2-纳米碳复合材料三维网络结构用于储锂和储钠 近日,福州大学的詹红兵教授和中国科学院福建物构所的温珍海研究员(共同通讯作者)等人在氧化石墨烯和交联而成的中空碳球上原位生长MoS2纳米片构建三维结构复合材料,作为储锂和储钠材料。三维多孔结构的设计缓冲了MoS2材料在循环过程中的体积变化,多通道有利于电解液的扩散和离子的传输,碳材料增强了整个结构的导电性。由于克服了MoS2材料体积变化率大易坍塌,导电性差和易堆叠等问题,整个三维结构复合电极材料表现出良好的电化学性能,其作为锂离子电池的阳极,在0.1Ag-1电流条件下经过100次循环能保持1145mAhg-1可逆容量,在2Ag-1条件下经过1000次循环能保持753mAhg-1可逆容量下。 对于钠离子电池,,在1 Ag-1条件下经500次循环后也可以保持443 mAhg-1的可逆容量。 文献链接:Three-Dimensional Network Architecture with Hybrid Nanocarbon Composites Supporting Few-Layer MoS2 for Lithium and Sodium Storage (ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.7b08161) 5、J. Mater. Chem. A:衍生自MOF结构的核壳Co9S8/MoS2-CN纳米复合材料作为钠离子电池阳极材料 过渡族金属硫化物由于其较高的理论容量值常被作为钠离子电池的负极材料进行研究,构建良好的纳米结构和与碳材料形成复合材料是两个提高其性能的主要途径。碳材料可以吸附和捕获多硫化物中间体,阻止穿梭效应,而纳米结构可以承受循环过程中的体积变化,从而延长金属硫化物电极的循环寿命。因此,中国石油大学(华东)的王荣明教授和康文裴博士(共同通讯作者)等人以ZIF-67为前驱体,制备了核壳Co9S8/MoS2-CN纳米复合材料。这种多孔的复合材料促进快速Na+快速嵌入/嵌出,碳材料提高了整体的导电性并捕获多硫化物中间体,产生协同效应。因此,整个材料显示出了优异的钠储存性能。 文献链接:A yolk–shelled Co9S8/MoS2-CN nanocomposite derived from a metal–organic framework as a high performance anode for sodium ion batteries (J. Mater. Chem. A, 2018, DOI: 10.1039/C8TA00493E) 6、J. Mater. Chem. A:分层MoS2/碳微球作为钠离子电池阳极材料 中国香港科技大学的Francesco Ciucci教授和Jang-Kyo KIM教授(共同通讯作者)等人利用简单的水热法合成了一种分层MoS2/碳微球结构,由中间夹有碳层的三明治结构MoS2纳米片组成。三维结构阻碍了MoS2的聚集,碳材料的结合提高了材料的导电性。另外,等级多孔结构增强了表面积,增加了电化学反应的活性位置。 因此MoS2/碳微球电极显示出极高的可逆容量和优异的倍率性能。此外,第一性原理计算表明,与MoS2相比,MoS2/碳异质界面使Na跃迁的能垒更小,带隙更低。这些新型的三维MoS2结构为制造能够实现高倍率性能和长循环寿命的过渡金属硫化合物材料提供了新途径。 文献链接:Hierarchical MoS2/Carbon microspheres as long-life and high-rate anodes for sodium-ion batteries (J. Mater. Chem. A, 2018, DOI: 10.1039/C7TA11119C) 7、Energy Environ. Sci.:MoS2/TiO2异质结构作为非金属等离子体光催化剂用于高效析氢 太阳能制备清洁化学燃料是解决全球环境问题的一个重点。TiO2材料由于其稳定性好、价格低廉等优势已成为太阳光分解水的重要光催化剂。但TiO2为宽禁带半导体,对太阳光吸收效率太低。因此,美国中佛罗里达大学的Yang Yang教授和美国太平洋西北国家实验室的Yingge Du研究员(共同通讯作者)等人结合PVD与CVD的方法将层状MoS2纳米片涂敷在TiO2纳米孔阵列内表面上并将其应用于太阳光分解水制氢中。这种异质结构在UV-vis-NIR范围内显示出强大的光子收集能力,显著提高了H2产出效率。这种非金属等离子体激元异质结构也有望应用于其他2D材料系统,用作高效光催化剂。 文献链接:MoS2/TiO2 heterostructures as nonmetal plasmonic photocatalysts for highly efficient hydrogen evolution (Energy Environ. Sci., 2018, DOI: 10.1039/C7EE02464A) 8、Nano Energy:多活性边缘单层MoS2用于高效析氢 析氢反应是电化学水分解过程中的关键步骤,在实际应用中,需要高效,稳定易得的催化剂。二维层状MoS2由于具有合适的吉布斯自由能可以较容易地吸附氢原子,因此可作为铂基催化剂的替代物。MoS2的析氢活性来自其活性边缘位点,而(002)基底面具有催化惰性。但是直接合成边缘丰富的MoS2纳米片仍然具有挑战性。近日,北京大学的戴伦教授、叶堉研究员和李彦教授(共同通讯作者)等人直接在熔融石英上合成了具有大拉伸应变的分形单层MoS2,其具有大量的活性边缘位点。这是由大拉伸应变引起的,该材料优异的HER催化活性,为将来二维HER催化剂的设计与调控提供了新思路和新方法。 文献链接:Engineering active edge sites of fractal-shaped single-layer MoS2 catalysts for high-efficiency hydrogen evolution (Nano Energy, 2018, DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.02.027)